Классификация геохимических ландшафтов

Геохимический ландшафт – парагенетическая ассоциация элементарных ландшафтов, соединенных потоком вещества и энергии. В основу классификации геохимических ландшафтов положен характер геохимического сопряжения между автономными и подчиненными геохимическими ландшафтами. Если сопряжение включает автономный, супераквальный и субаквальный ландшафты, то оно называется полным. Полное сопряжение в условиях однородного геологического строения, развития изверженных или метаморфических пород, без реликтов предшествующей стадии называется основным. Основные сопряжения классифицируются по особенностям центра ландшафта, обычно это автономный ландшафт (как и в физико-географической классификации).

Для геохимических ландшафтов выделяются те же таксоны, что и для элементарных. Ряды геохимических ландшафтов соответствуют рядам элементарных. Число групп, типов, семейств и классов гораздо больше, т. к. один и тот же автономный ландшафт может сопрягаться с различными автномными и подчиненными. Геохимическое сопряжение обычно изображают, например, так: Ca/Ca×Fe (т. е. автономный ландшафт относится к кальциевому классу, а супераквальный – в Са-Fe).

Роды геохимических ландшафтов выделяются по соотношениям между автономными и подчиненными ландшафтами одного класса, интенсивностью водообмена, а это функция рельефа. Наиболее распространены три рода:

I – плоские равнины с замедленным водоообменом, слабым эрозионным расчленением или без него (приморские низменности, аллювиальные равнины и прочие области тектонических опусканий, вулканические и другие плато);

II – эрозионные возвышенности, расчлененные плато с более энергичным поверхностным и подземным стоком, плоские поверхности чередуются со склонами;

III – сильно холмистый и горный рельеф, бедленд – энергичный водообмен, преобладают склоновые поверхности, плоских участков почти нет.

Виды геохимических ландшафтов выделяются на основе характера подстилающих пород.

Геохимические ландшафты крупных таксонов называются по типологическим терминам – таежные, степные, пустынные и прочие типы ландшафтов; северные, средние, южные семейства; кислые, кальциевые, сернокислые классы; I, II, III роды. Виды называются обычно по какому-нибудь географическому ареалу их распространения, например, каракумские, валдайские и т. д.

 

 

92 Каскадные ландшафтно-геохимические системы, катены

 

Ландшафтно-геохимические системы

Компоненты ландшафта представляют собой блоки элементарной ландшафтно-геохимической системы (ЭЛГС). Функционирование ЭЛГС осуществляется путем обмена веществом, энергией и информацией между блоками и субблоками при многократном изменении химического и фазового состояния веществ. Каналами связи между блоками ЭЛГС являются миграционные потоки.

Серия элементарных ландшафтов, сменяющих друг друга от местного водораздела к местной депрессии рельефа и связанных латеральными направленными миграционными потоками, образует каскадную ландшафтно-геохимическую систему (КЛГС), где каждый элементарный ландшафт – звено, или блок общей системы.

 

Катены

Ландшафтно-геохимическая катена – цепь, ряд элементарных ландшафтов, связанных между собой миграцией, расположенных на одном склоне от вершин холмов до понижений рельефа. Катены являются простейшим видом КЛГС. К катенам относятся бассейны рек любого порядка, причем для бассейна каждого водотока можно выделить три катены – на левом берегу, на правом берегу и в верховьях.

По происхождению материала катены делятся на автохтонные (главным образом в бассейнах рек первого порядка) и аллохтонные (в их нижних звеньях накапливается “чужой” материал, принесенный из других звеньев, располагающихся в верхней части бассейна). Все дальнепринесенные отложения называются аллохтонными.

 

93 Глобальные и региональные биогеохимические проблемы связанные с хозяйственной деятельностью человека

 

Глобальные биогеохимические проблемы

Загрязняющий компонент может распространяться в зависимости от особенностей циклов массообмена на весьма ограниченный участок земной поверхности, на более или менее значительную территорию или всю биосферу. Одной из глобальных проблем является рост концентрации углекислого газа в атмосфере, связанный с хозяйственной деятельностью человека.

Изобретение паровой машины положило начало ускоренному росту добычи каменного угля, используемого в качестве топлива. Широкое распространение двигателей внутреннего сгорания сопровождалось бурным развитием нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности. В начале XIX в. добыча угля составляла около 30 млн. т/год, в 1900 г. – 700 млн., в 1951 г. – 1918 млн., в 1990 г. потребление угля составило 4,1 млрд. тонн. С середины XIX в. началась эксплуатация нефтяных месторождений. В 1900 г. в мире было добыто менее 30 млн. тонн нефти, в 1990 г. потребление нефти составило 2,7 млрд. тонн. Потребление газа с 1937 г. по 1990 г. увеличилось в 25 раз и составило около 1,9∙10¹² м³. Таким образом, природные соединения углерода используются в столь значительном количестве, что это сопоставимо с крупным природным процессом.

Сжигание горючих ископаемых способствует накоплению в атмосфере массы углекислого газа. В середине ХIX в. концентрация СО₂ в атмосфере составляла около 290∙10^–4 % объема, через 100 лет – 313∙10^–4 %, в 1978 г. – 330∙10^–4 %, в 1990 г. – 353∙10^–4 %. По расчетам исследователей, в результате сжигания минерального топлива было выделено до 1978 г. около 140 млрд. тонн углерода в составе СО₂. Анализ динамики концентрации углекислого газа в атмосфере показал, что его масса в атмосфере увеличивается за последние годы на 2,2 млрд. т/год. Индустриальные источники выбрасывают в атмосферу в составе СО₂ около 5 млрд. т/год углерода, что примерно в 15 раз меньше количества данного элемента, ассимилируемого при фотосинтезе растительности Мировой суши.

Привлекает внимание такое последствие сжигания возрастающих масс каменного угля, как изменение изотопного состава растений и всего живого вещества Земли. Каменный уголь является продуктом глубокой трансформации органического вещества растительного происхождения. Поскольку в процессе фотосинтеза предпочтительно поглощаются легкие изотопы углерода, постольку можно ожидать, что сжигание угля и поступление в атмосферу углекислого газа, обогащенного ¹²С, должно вести к обогащению живых организмов легким изотопом углерода. И действительно, исследуя годовые кольца стволов деревьев, американский биогеохимик Б. Болин (1985) показал, что по мере развития хозяйственной деятельности человека растительность обогащается изотопом ¹²С.

Сжигание огромных масс ископаемого топлива сопровождается расходованием кислорода, что является также не менее важной проблемой. Свободный кислород накопился в атмосфере только благодаря захоронению органического углерода. Интенсивное сжигание минерального топлива способствует связыванию значительного количества кислорода в составе образующегося СО₂. На сжигание в составе минерального топлива 5 млрд. тонн углерода расходуется в течение года более 13 млрд. тонн кислорода. Такая масса в сравнении с 230 млрд. тонн кислорода, участвующим в биологическом круговороте на Мировой суше, представляется незначительной. Однако следует учитывать, что основная часть выделяющегося при фотосинтезе кислорода должна быть израсходована на разложение продуктов опада. За счет отмершего, но не разложенного до СО₂ органического вещества ежегодно в атмосфере остается, по расчетам О.П Добродеева, около 1,55 млрд. тонн кислорода, что в 9 раз меньше массы кислорода, расходуемого на сжигание ископаемого топлива.

Кроме того, кислород расходуется на окисление различных газов, выделяющихся из недр Земли, – это количество кислорода пока не поддается оценке. Значителен расход кислорода на окисление выплавляемых промышленностью металлов, главным образом железа. Ежегодно в мире выплавляется около 700–800 млн. тонн стали. Примерно 10 % этого количества окисляется, на что расходуется около 340 млн. т/год кислорода.
Биосфера в целом пока справляется с окислением техногенных продуктов, однако поглощение кислорода достигло такого уровня, что уже становится необходимым контроль над глобальным биогеохимическим циклом этого элемента.

Ежегодно поступающее в окружающую среду количество техногенных тяжелых металлов сопоставимо с массами металлов, участвующих в глобальных процессах массообмена (таблица 2.3).

Из приведенных в таб. 2.3 данных следует, что массы марганца и хрома, поступающие в биосферу в течение года при сжигании каменного угля, близки к их массам, выносимым в растворимых формах годовым речным стоком со всей суши. Годовая добыча меди, свинца, олова и кадмия превышает сумму масс выноса растворенных форм и захвата годовым приростом растительности.